Reactor模式和Proactor模式

本文通过餐馆服务的例子形象地介绍了Reactor模式的工作原理及其优势,并进一步对比了多线程处理方式。此外,还详细解释了Proactor模式作为异步网络处理器的特点,包括其在操作系统层面的工作机制。

先介绍Rector模式,Reactor这个词译成汉语还真没有什么合适的,很多地方叫反应器模式,但更多好像就直接叫reactor模式了,其实我觉着叫应答者模式更好理解一些。通过了解,这个模式更像一个侍卫,一直在等待你的召唤,或者叫召唤兽。

 

并发系统常使用reactor模式,代替常用的多线程的处理方式,节省系统的资源,提高系统的吞吐量。

 

先用比较直观的方式来介绍一下这种方式的优点,通过和常用的多线程方式比较一下,可能更好理解。

以一个餐饮为例,每一个人来就餐就是一个事件,他会先看一下菜单,然后点餐。就像一个网站会有很多的请求,要求服务器做一些事情。处理这些就餐事件的就需要我们的服务人员了。

 

在多线程处理的方式会是这样的:

一个人来就餐,一个服务员去服务,然后客人会看菜单,点菜。 服务员将菜单给后厨。

二个人来就餐,二个服务员去服务……

五个人来就餐,五个服务员去服务……

 

这个就是多线程的处理方式,一个事件到来,就会有一个线程服务。很显然这种方式在人少的情况下会有很好的用户体验,每个客人都感觉自己是VIP,专人服务的。如果餐厅一直这样同一时间最多来5个客人,这家餐厅是可以很好的服务下去的。

 

来了一个好消息,因为这家店的服务好,吃饭的人多了起来。同一时间会来10个客人,老板很开心,但是只有5个服务员,这样就不能一对一服务了,有些客人就要没有人管了。老板就又请了5个服务员,现在好了,又能每个人都受VIP待遇了。

 

越来越多的人对这家餐厅满意,客源又多了,同时来吃饭的人到了20人,老板高兴不起来了,再请服务员吧,占地方不说,还要开工钱,再请人就攒不到钱了。怎么办呢?老板想了想,10个服务员对付20个客人也是能对付过来的,服务员勤快点就好了,伺候完一个客人马上伺候另外一个,还是来得及的。综合考虑了一下,老板决定就使用10个服务人员的线程池啦~~~

 

但是这样有一个比较严重的缺点就是,如果正在接受服务员服务的客人点菜很慢,其他的客人可能就要等好长时间了。有些火爆脾气的客人可能就等不了走人了。

 

Reactor如何处理这个问题呢:

老板后来发现,客人点菜比较慢,大部服务员都在等着客人点菜,其实干的活不是太多。老板能当老板当然有点不一样的地方,终于发现了一个新的方法,那就是:当客人点菜的时候,服务员就可以去招呼其他客人了,等客人点好了菜,直接招呼一声“服务员”,马上就有个服务员过去服务。嘿嘿,然后在老板有了这个新的方法之后,就进行了一次裁员,只留了一个服务员!这就是用单个线程来做多线程的事。

 

实际的餐馆都是用的Reactor模式在服务。一些设计的模型其实都是从生活中来的。

 

Reactor模式主要是提高系统的吞吐量,在有限的资源下处理更多的事情。

 

在单核的机上,多线程并不能提高系统的性能,除非在有一些阻塞的情况发生。否则线程切换的开销会使处理的速度变慢。就像你一个人做两件事情,1、削一个苹果。2、切一个西瓜。那你可以一件一件的做,我想你也会一件一件的做。如果这个时候你使用多线程,一会儿削苹果,一会切西瓜,可以相像究竟是哪个速度快。这也就是说为什么在单核机上多线程来处理可能会更慢。

 

但当有阻碍操作发生时,多线程的优势才会显示出来,现在你有另外两件事情去做,1、削一个苹果。2、烧一壶开水。我想没有人会去做完一件再做另一件,你肯定会一边烧水,一边就把苹果削了。


接下来介绍一下Proactor模式,Proactor是异步模式的网络处理器,ACE中叫做“前摄器”。

     先讲几个概念:
     前摄器(Proactor)-异步的事件多路分离器、处理器,是核心处理类。启动后由3个线程组成(你不需要关心这三个线程,我只是让你知道一下有这回事存在)。
     接受器(Acceptor)-用于服务端,监听在一个端口上,接受用户的请求。
     连接器(Connector)-用于客户端,去连接远程的监听。当然,如果远程是ACE写的,就是Acceptor。
     异步模式-即非阻塞模式。网络的传输速度一般来讲为10Mbps、100Mbps、1000Mbps。拿千兆网来说,实际的传输速度为 1000Mbps/8大概为128KB左右。我们的CPU一般为P4 3.0GHZ,如果是32位的处理器,一秒钟大概可以处理6G的字节,那么,128KB的网络速度是远远及不上处理器的速度的。网络发送数据是一位一位发 送出去的,如果CPU等在这里,发送完成函数才结束,那么,处理器浪费了大量时间在网络传输上。
     操作系统提供了异步的模式来传输网络数 据,工作模式即:应用程序把要发送的数据交给操作系统,操作系统把数据放在系统缓冲区后就告诉应用程序OK了,我帮你发,应用程序该干嘛干嘛去。操作系统 发送完成后,会给应用系统一个回执,告诉应用程序:刚才那个包发送完成了!
   举个例子:你有几封邮件和包裹要发,最有效率的办法是什么?你把邮件和包裹及交给总台,总台MM说,好了,你帮你发,你忙去吧!然后你去工作了。过了一 会,总台MM打电话告诉你:“刚才我叫快递公司的人来了,把你的包裹发出去了。邮局的人也来了,取走了邮件,放心好了”。同样,如果你知道今天会有包裹 来,比如你在淘宝上购物了,你能成天等在总台?你应该告诉总台MM:“今天可能有我的一个快递,你帮我收一下,晚上请你肯德基!”。MM:“看在肯得基的 面子上,帮你收了”。某个时间,MM打电话来了:“帅哥,你的包裹到了,我帮你签收了,快来拿吧。”
   因为操作系统是很有效率的,所有,他在后台收发是很快的。应用程序也很简单。Proactor就是这种异步模式的。Proactor就是总台MM;ACE_Service_Handle就是总台代为收发邮件的公司流程。

### 回答1: Reactor模式Proactor模式是两种常见的事件驱动模式,它们的主要区别在于处理事件的方式不同。 Reactor模式是一种同步的事件驱动模式,它使用一个事件循环来监听事件,当有事件发生时,事件循环会通知相应的处理程序来处理事件。在Reactor模式中,处理程序需要自己负责处理事件的所有细节,包括读取数据、解析数据、处理数据等。 Proactor模式是一种异步的事件驱动模式,它使用一个I/O处理器来处理事件,当有事件发生时,I/O处理器会自动读取数据、解析数据、处理数据等,然后通知相应的处理程序来处理数据。在Proactor模式中,处理程序只需要关注业务逻辑,不需要关注事件的细节。 因此,Reactor模式适用于处理简单的事件,而Proactor模式适用于处理复杂的事件。在实际应用中,可以根据具体的需求选择合适的事件驱动模式。 ### 回答2: ReactorProactor是两种常用的异步I/O模式,它们是网络编程中很重要的概念。 Reactor模式是指当一个网络连接到来时,操作系统会产生一个事件,这个事件会被一个叫做Reactor的模块监控。Reactor会将事件分配给处理器,处理器根据事件来选择相应的处理方式,将请求处理完成后,返回给Reactor,由其去做出相应的操作。 Proactor模式是指当一个网络连接到来时,操作系统会产生一个事件,这个事件会被一个叫做Proactor的模块检查并处理。Proactor会调用相应的处理器去处理该事件,并将处理结果通知给调用者。 两种模式最大的区别在于Reactor是事件驱动的,将不同的事件分给不同的处理器去处理,而Proactor是数据驱动的,将相同的数据分给不同的处理器去处理。在Reactor中,处理器需要主动地去获取事件,而在Proactor中,Proactor是主动地去获取事件的。 另外,在实践中,Reactor模式一般使用同步I/O,而Proactor模式则常常使用异步I/O。因为在同步I/O中,当一个连接到来时,操作系统会将该连接上的数据读取完毕后才返回,而在异步I/O中,操作系统会将数据读取任务分配给Proactor,当数据读取完成后再通知Proactor完成,由Proactor再去处理数据。异步I/O的效率比同步I/O高,而Proactor的数据驱动特性也更适合异步I/O的应用场景。 ### 回答3: Reactor模式Proactor模式是两种常见的事件处理模式,都是异步编程模式的应用。它们在I/O的高并发情况下能够更加高效地处理事件,但采用的设计思路实现方式略有不同。 Reactor模式是以事件驱动为主要特点,线程通过监听文件描述符(例如socket)上的事件(读、写、连接、断开连接),然后触发事件回调函数来处理对应的I/O操作。其主要的工作包括I/O事件监听,事件分发应用程序回调函数的调用。关键角色包括Demultiplexer、EventHandlerConcreteEventHandler。 Proactor模式是在Reactor模式的基础上增加了更多的应用程序逻辑,通过线程池来实现异步I/O操作。线程通过向操作系统注册请求,在I/O操作完毕之后才通知应用程序进行读写,相比于Reactor模式Proactor模式更加强调异步I/O,显著减少了线程并发数,避免了线程切换的额外开销。其主要的工作包括I/O事件数据结构、异步I/O启动器、应用程序任务队列具体任务处理器。 简单来说,Reactor模式是以事件驱动为核心,由主线程对所有的操作进行监听,当监听到事件发生时才会执行相应的回调函数,而Proactor模式则是以任务为核心,主线程只负责将任务提交给操作系统的线程池,由线程池来进行实际的I/O操作,完成后通知应用程序。因此Proactor模式适用于线程池资源较为充足的情况下,而Reactor模式适用于I/O资源较为充足的情况下。
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